一八九五年三月，在香港举行的会议期间，攻占广州起义的计划已开始具体化。密谋者把推翻清政权作为他们的最终目标，他们认为第一步可以先成立一个独立的两广政府，作为向北进军的基地，或作为进行高级交易的筹码。由于期待一个反对朝廷的连锁反应，他们对超出这个最初阶段之外的计划很少考虑。
香港被指定为后方总部的所在地，人员、武器和资金将在这里集中。起义的日期定在一八九五年十月二十六日，这是中国人到他们祖先坟地上祭祀的传统节日，选择这个日子是为计划中的战斗人员的进入提供适当的掩护。一面革命的旗帜——青天白日旗是陆皓东设计的。
计划在一八九五年八月底最后完善，连细枝末节也考虑进去了。约三千名三合会的会员，包括从广东沿海地区招募的新兵，将在香港、九龙集合，携带武器弹药乘船于十月二十六日凌晨到达广州。这支“决死队”上岸后，即分为四路，分发武器——都装在贴着“士敏土”标签的木桶里——首先向衙署进攻。进攻者将冲进这些官员的私邸，或者杀掉他们，或者俘虏他们，除掉他们的指挥系统，削弱预料中的反扑。这样，不仅使这个城市，而且使这两个省份都失去领导。
除了来自香港的突击队外，还有各路的支援纵队，计划由珠江各支流会聚广州。他们买了两艘船，作为运送军队之用。这些由兴中会的核心成员招募的士兵，包括臭名昭著的土匪头子“梁大炮”率领的北江地区的三合会党徒，以及来自香山、顺德和其他地区的人。甚至还期待从距广州约一百八十英里的汕头派来一支小分队。这些部队的一部分部署在靠近该城的要害地点，用来伏击和牵制那些忠于朝廷的军队。同时一支由陈清、孙中山在横滨招来的小贩—率领的炸弹队将在城内扰乱和迷惑敌人。起义者以红带缠臂为识别标志，起义的口号是“除暴安良”。
这个计划取决于保密、迅速和准确，最重要的是胆大。战斗的参加者大约只有几百人，许多普通士兵只是受雇而来，并不懂得革命的道理。然而那些领导者却有理由相信，一旦战斗开始并夺取首批目标后，内地的绿林和会党自发的起义就会马上爆发。孙中山并不关心攻击部队的大小；他关心的是战士的大胆勇猛，在太平天国起义期间，孙中山的同乡刘丽川只用七个士兵就占领了上海县城；孙中山相信他用几百名不怕死的勇士就可拿下广州。正如刘丽川曾得到做大官的朋友的援助一样，孙中山希望得到广州士绅领袖以及水、陆师中主要领导人的合作。
杨衢云掌管香港的事务，协助他的有富有的黄咏商、邓荫南和其他一些人；孙中山亲自在广州的前进基地领导军事行动，协助他的主要是同三合会联系的郑士良和忠实的陆皓东。
孙中山为了掩护自己的活动，于一八九五年十月六日在广州建立了一个新的学会——“农学会”。该会的宣言名义上是孙中山写的，但很可能出自他从前的老师区凤墀之手，它重复了一个老生常谈的宗旨：促进普及教育和科学的农业。“欲我国转弱为强，反衰为盛，必俟学校振光”。孙中山批评“自强”纲领只着重于整军经武，他再次指出民众的真正问题都是和农业相联系，而农业最需要的是采用科学方法。孙中山写道：“某也，农家子也。生于畎亩，早知稼穑之艰难。弱冠负笈外洋，洞悉西欧政教。近世新学，靡不博览研求，至于耕植一门，更为效力……现在，我愿通过这个新的学会，将自己的专业知识服务于民众。”这个假冒的改良主义的教育机构，在官僚和士绅圈子里得到了好评，一些知名人士答应帮助孙中山，他从前在这里行医，有点声望。然而，这些地方上的知名人士并非全都对他的意图一无所知。
被允许进入内层的人中，有一个叫刘学询，是当地政界中一个野心勃勃的进士。和孙中山早年的其他许多同事一样，他们大概是在孙中山行医时初次结识的。刘学询的权势来自他经办一种名叫“闱娃”的彩票，办法是从科举考试中挑选“优胜者”。这种彩票是广东岁入的大宗，对刘学询也有利可图，他在经办彩票几年后便积攒了很多财富。尽管他有进士的功名、财富和上层关系，但渴望爬上更高的地位，他为此和孙中山讨论反朝廷起义的重大战略问题。刘学询以明朝的朱元璋、太平天国的洪秀全那样的开国者自命，而把孙中山看成徐达、杨秀清那样的主要合作者。很明显，他遵循的是“等着瞧”的策略。他告诉孙中山，“闱姓”彩票的收入是可以弄到手的。据后来总督呈报，这笔收入达几百万两。如果起义按计划实现，他们拿到这笔财富，那么，购置军火的钱是绰绰有余的。